一种管道清扫机器人的自适应智能行走方法

1.一种管道清扫机器人的自适应智能行走方法，具体步骤如下：
1)初始化，操纵相关硬件自动开启机器人上的防尘摄像头，防尘摄像头则将摄取的图像传输到操作台的电脑中并显示在操作界面上；
2)通过操作界面上的选择按钮，操作人员确认是方管还是圆管；向机器人车体上的运动控制卡发出指令，若是方管，在操作界面上输入机器人在方管行走时与管壁的距离的参考基准数值L；若是圆管，输入机器人在圆管行走时，侧向倾斜角的参考基准数值δ倾斜，运动控制卡检查红外测距仪和倾斜计均工作正常后，向操作台反馈红外测距仪和倾斜计工作正常信息；
3)运动控制卡读取红外测距仪、倾斜计的信号，累加后分别取均值，并将均值作为标准测量结果传输给操作台电脑；
4)在操作界面上设定机器人的行驶速度，并将数据传输到运动控制卡中；运动控制卡根据设定的行驶速度数据进行计算，得出应当输出给两个电机的脉冲的宽度，将信号传递给电机驱动器，驱动电机工作，机器人开始行走；运动控制卡通过光电码盘记录机器人的实际行走速度并传送给操作台上的电脑；
5)检测车体是否偏离，如果偏离，检测车体是否遇到转弯接口，确认遇到转弯接口后，进一步判断所遇转弯接口是否为岔道；
6)检测车体是否遇到岔道，确认遇到岔道后，机器人便暂停行走，向操作台的电脑传递相关信息，将遇到岔道的信息显示在电脑屏幕上并向操作人员报警；
7)操作人员判断是让机器人左转、右转还是直行，并将指令输入；若操作人员确认左转，则机器人屏蔽右侧红外测距仪信号；若操作人员确认右转，则机器人屏蔽左侧红外测距仪信号；然后，使用未建模自适应控制转弯算法进行转弯。
2.根据权利要求1所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，其特征在于：在方形管道内，机器人利用红外测距仪检测到车体一侧前后两端相对管壁的距离L左前和L左后或L右前和L右后，机器人在方形管道内行走时距离管壁一侧的距离L倾距＝0.5(L左前+L左后)或为
0.5(L右前+L右后)，距离的偏离值设定为ΔL，则当车体相距方管侧壁距离与参考基准数值之间的绝对差值|L侧距-L|大于ΔL时，或车体与方管侧壁之间的平行度α测大于规定角度α时，就认为机器人在方形管道内发生了偏离；在圆形管道内，车体在圆管中侧向倾斜角δ测大于参考基准数值δ倾斜时，就视为机器人在圆形管道内发生了偏离。
3.根据权利要求1或2所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，其特征在于：
机器人在管道内判断是否处于岔道的方法是：在圆形管道内，只要机器人判读为遇到转弯接口，就认为所遇转弯接口也是岔道；在方形管道内，若机器人以左侧管壁为基准行走，而通过右侧红外测距仪探测的数据判断为转弯接口，而左侧红外测距仪探测到的数据没有突然变大，则仅将机器人视为转弯接口而不是岔道；同理，在方形管道内若机器人以右侧管壁为基准行走，如果是通过机器人左侧红外测距仪探测的数据判断为转弯接口而右侧红外测距仪探测到的数据没有突然变大，则机器人仍视为转弯接口而不是岔道；如果是机器人左、右侧红外测距仪探测的数据判断均为转弯接口，则机器人遇到的为岔道。
4.根据权利要求1或2所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，其特
征在于：步骤7)中的未建模自适应控制转弯算法是：在方形管道内根据相关公式计算出机器人需要的转动角 ，其中：
——机器人需要的转动角，L左前——车体左侧前端红外测距仪测量到的车体相对方管侧壁距离，L左后——车体左侧后端红外测距仪测量到的车体相对方管侧壁距离，d——机器人在方形管道内行走时距离管壁一侧的距离预定值，V车——机器人的移动速度，δC——机器人每100ms的差动量，K——转弯时随车体相距管壁预定值误差的修正系数，K1——转弯时随车体相距管壁预定值误差变化的修正系数；在圆形管道内根据相关公式计算出机器人需要的转动角 ，其中： ——机器人需要的转动
角，δ测——倾斜计侧得的机器人侧向倾斜角， ——机器人侧向倾斜角的变化率，K’——转弯时随倾斜角的修正系数，K1’——转弯时随倾斜角变化的修正系数，V车——机器人的移动速度；
机器人将 换算成脉冲差，按要求差动后向前行走，每次差动量不超过5°；当碰撞开关感应到碰撞后，机器人后退5cm，直接同方向再次差动5°向前行走，直至与上次碰撞的时间间隔超过20s后碰撞开关仍无感应，则认为转弯成功；机器人转弯时如果连续碰撞次数超过20次，机器人就停止自动转弯，并向操作人员告警，操作转为手动。
5.根据权利要求1或2所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，其特征在于：
不管是红外测距仪还是倾斜计，其输出的信号，均通过I/O口读入机器人运动控制卡内，读取速度为5ms/次；每个传感器的输出的数据均在运动控制卡内累加，每累加20次后分别取均值，并将均值作为标准测量结果以每隔100ms的速度传输给操作台电脑；在圆形管道内，机器人每5ms读取一组倾斜计输出的信息，每取20组后平均，以均值作为机器人车体的倾斜角度δ测。
6.根据权利要求2所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，其特征在于：在方管内，平行度的规定角度α为25°，参考基准数值ΔL为5cm；在圆管内参考基准数值δ倾斜为7°，在方管中α测大于α或绝对差值|L侧距-L|大于ΔL，或者车体在圆管中侧向倾斜角δ测大于δ倾斜，均视为偏离。

一种管道清扫机器人的自适应智能行走方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种管道清扫机器人的自适应智能行走方法，属于机器人控制的技术领域。\n背景技术\n[0002] 现有的管道清扫机器人一般是采用人工直接遥控操作，在使用时都需要人的高度参与，操作人员十分疲惫。也有个别使用智能控制方式，但对于未知转弯情况不能适应。在相关专利中，高度可调的自主变位履带式管道机器人的行走机构(专利号：\nCN200390908577.6)提到的方式是在机器人的四足上安装履带系统；履带式管道机器人(专利号：CN09227592.3)提到使用增压履带和车宽调整块而没有说明行走方式；2006年十一月清华大学博士学位论文《通风管道轮式清污机器人运动学模型与控制研究》中设计的机器人采用的是轮式结构，不能象履带式结构那样可以采用差动转弯，转弯时也只能通过圆弧型转弯，红外测距仪也只是安装在机器人的一侧，机器人获取的图像也是通过普通监视器显示的。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是采用一种管道清扫机器人的自适应智能行走方法，是可以让机器人在管道内保持直线行驶，遇到转弯处可以自行根据设定的优先级通过。在转弯处，机器人不必事先知道转弯半径、接口形式，根据红外测距仪和倾斜计输出的信息，机器人能够自行通过的智能行走方法。\n[0004] 本发明的技术方案：\n[0005] 在硬件上，本发明机器人采用履带小车型式的结构，在车体上端安装了一个机械臂，机械臂的前端安装有碰撞开关。车体前端左右对称安装防尘探照灯和防尘摄像头各一对，用于提供管道内的基本照明和操作人员的基本观察。车体内部安装一台倾斜计，用于感知车身相对地面的倾斜度。车体的四角分别安装有红外测距仪。机器人使用左右两条履带进行行走，机器人上安装有驱动电机，履带分别由台微型电机及减速机构驱动。\n[0006] 控制上使用一种未建模自适应控制转弯算法，具体步骤如下：\n[0007] 1)初始化，操纵相关硬件自动开启机器人上的防尘摄像头，防尘摄像头则将摄取的图像传输到操作台的电脑中并显示在操作界面上；\n[0008] 2)通过操作界面上的选择按钮，操作人员确认是方管还是圆管；向机器人车体上的运动控制卡发出指令，若是方管，在操作界面上输入机器人在方管行走时与管壁的距离的参考基准数值L；若是圆管，输入机器人在圆管行走时，侧向倾斜角的参考基准数值δ倾斜，运动控制卡检查红外测距仪和倾斜计均工作正常后，向操作台反馈红外测距仪和倾斜计工作正常信息；\n[0009] 3)运动控制卡读取红外测距仪、倾斜计的信号，累加后分别取均值，并将均值作为标准测量结果传输给操作台电脑；\n[0010] 4)在操作界面上设定机器人的行驶速度，并将数据传输到运动控制卡中；运动控制卡根据设定的行驶速度数据进行计算，得出应当输出给两个电机的脉冲的宽度，将信号传递给电机驱动器，驱动电机工作，机器人开始行走；运动控制卡通过光电码盘记录机器人的实际行走速度并传送给操作台上的电脑；\n[0011] 5)检测车体是否偏离，如果偏离，检测车体是否遇到转弯接口，确认遇到转弯接口后，进一步判断所遇转弯接口是否为岔道；\n[0012] 6)检测车体是否遇到岔道，确认遇到岔道后，机器人便暂停行走，向操作台的电脑传递相关信息，将遇到岔道的信息显示在电脑屏幕上并向操作人员报警；\n[0013] 7)操作人员判断是让机器人左转、右转还是直行，并将指令输入；若操作人员确认左转，则机器人屏蔽右侧红外测距仪信号；若操作人员确认右转，则机器人屏蔽左侧红外测距仪信号；然后，使用未建模自适应控制转弯算法进行转弯。\n[0014] 所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，在方形管道内，机器人利用红外测距仪检测到车体一侧前后两端相对管壁的距离L左前和L左后(或L右前和L右后)，机器人在方形管道内行走时距离管壁一侧的距离L侧距＝0.5(L左前+L左后)(或为0.5(L右前+L右后))，距离的偏离值设定为ΔL，则当车体相距方管侧壁距离与参考基准数值之间的绝对差值|L侧距-L|大于ΔL时，或车体与方管侧壁之间的平行度α测大于规定角度α时，就认为机器人在方形管道内发生了偏离；在圆形管道内，车体在圆管中侧向倾斜角δ测大于参考基准数值δ倾斜时，就视为机器人在圆形管道内发生了偏离。\n[0015] 所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，机器人在管道内判断是否处于岔道的方法是：在圆形管道内，只要机器人判读为遇到转弯接口，就认为所遇转弯接口也是岔道。在方形管道内，若机器人以左侧管壁为基准行走，而通过右侧红外测距仪探测的数据判断为转弯接口，而左侧红外测距仪探测到的数据没有突然变大，则仅将机器人视为转弯接口而不是岔道；同理，在方形管道内若机器人以右侧管壁为基准行走，如果是通过机器人左侧红外测距仪探测的数据判断为转弯接口而右侧红外测距仪探测到的数据没有突然变大，则机器人仍视为转弯接口而不是岔道。如果是机器人左、右侧红外测距仪探测的数据判断均为转弯接口，则机器人遇到的为岔道。\n[0016] 所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，未建模自适应控制转弯算法是：\n在方形管道内根据相关公式δ′C＝KV车(L左前+L左后-2d)+K1δCV车(L左前+L左后)，在圆形管道内根据相关公式 计算出机器人需要的转动角δ′C，机器人将\nδ′C换算成脉冲差，按要求差动后向前行走，每次差动量不超过5°；当碰撞开关感应到碰撞后，机器人后退5cm，直接同方向再次差动5°向前行走，直至与上次碰撞的时间间隔超过20s后碰撞开关仍无感应，则认为转弯成功；机器人转弯时如果连续碰撞次数超过20次，机器人就停止自动转弯，并向操作人员告警，操作转为手动。\n[0017] 所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，不管是红外测距仪还是倾斜计，其输出的信号，均通过I/O口读入机器人运动控制卡内，读取速度为5ms/次；每个传感器的输出的数据均在运动控制卡内累加，每累加20次后分别取均值，并将均值作为标准测量结果以每隔100ms的速度传输给操作台电脑；在圆形管道内，机器人每5ms读取一组倾斜计输出的信息，每取20组后平均，以均值作为机器人车体的倾斜角度δ测。\n[0018] 所述的管道清扫机器人的自适应智能行走方法，在方管内，平行度的规定角度α为25°，参考基准数值ΔL为5cm。在圆管内参考基准数值δ倾斜为7°。在方管中α测大于α或绝对差值|L侧距-L|大于ΔL，或者车体在圆管中侧向倾斜角δ测大于δ倾斜，均视为偏离。\n[0019] 本发明的优点：\n[0020] 本发明使用的自适应智能行走方法可以自动在管道内行走和转弯，对管道的给类接口具有一定的自行通过能力，操作人员也不必预先知道管道的口径大小、接口情况、弯道半径等参数。\n附图说明\n[0021] 图1为机器人示意图：附图编号说明：\n[0022] 1——车体\n[0023] 2——红外测距仪\n[0024] 3——防尘探照灯\n[0025] 4——防尘摄像头\n[0026] 5——碰撞开关\n[0027] 6——机械臂\n[0028] 7——履带\n[0029] 9——倾斜计\n[0030] 8——机器人电脑及操作台。\n[0031] 图2为机器人履带上加装橡胶块的示意图：附图编号说明：\n[0032] 7.1——履带链条\n[0033] 7.2——弧形橡胶块\n[0034] 图3为机器人能够通过的管道转弯接口形式。\n[0035] 图4为机器人控制系统结构框图\n[0036] 图5为机器人未建模自适应控制软件流程框图。\n具体实施方式\n[0037] 如图1：本发明机器人采用履带小车型式的结构，在车体1上端安装了一个机械臂\n6，机械臂6的前端安装有碰撞开关5。车体1前端左右对称安装防尘探照灯3和防尘摄像头4各一对，用于提供管道内的基本照明和操作人员的基本观察。车体内部安装一台倾斜计9，用于感知车身相对地面的倾斜度。车体的四角分别安装有红外测距仪2。机器人使用左右两条履带7进行行走，机器人上安装有驱动电机，履带分别由2台微型电机及减速机构驱动。机器人在管道内作业时，若需要安装消毒喷头、刷头等附件，则附件的前伸长度不能超过碰撞开关。\n[0038] 如图2所示：为了使机器人适应圆形管道内的行走，其履带上加装了弧面型橡胶块，7.1——履带链条，7.2——弧形橡胶块。\n[0039] 如图4所示：机器人控制系统的结构分为车体和操作台两大部分。图中虚线一下在机器人车体上，机器人车体上安装了一块BALDOR公司的NES002-502或S002-501运动控制卡。红外测距仪、倾斜计、光电码盘和碰撞开关的信号输出，电机驱动输入信号，左右两个防尘摄像头的图像切换，均由运动控制卡控制。同时运动控制卡还通过USB接口或RS232、RS485接口与操作台电脑进行信息交互。为保证机器人的信息传输距离，使用一个USB/光电转换器将USB输入输出的电信号转换为光信号，通过光纤进行传输给外面的操作台电脑，操作台上再用一个USB/光电转换器将光信号转换为电信号并通过USB接口连到操作台的一台电脑8上。由于图像信息量很大，可以单独使用射频电缆将图像信息引出，射频电缆的一端连接在Microvision笔记本PCMCIA彩色黑白图像采集卡上，PCMCIA彩色黑白图像采集卡又插在电脑的PCMCIA插槽上。相关控制数据和图像信息传递给电脑后经过处理显示给操作者，操作者也可以向机器人发出指令。机器人所需电能通过电缆由外面电源输入。机器人与外面操作台电脑之间的光纤、电源电缆和射频电缆应捆扎为一束以防传输线损伤。根据需要，也可以使用RS232或RS485通过信号线增强器与操作台上的电脑相连以取代用光纤和USB/光电转换器的数据传输。\n[0040] 有了以上硬件作为基础，机器人本身采用一种自适应智能行走算法，该算法可以让机器人在管道内保持直线行驶，遇到转弯处可以自行根据优先级设定通过。在转弯处，机器人不必事先知道转弯半径、接口形式，根据红外测距仪和倾斜计输出的信息(信息的计算处理方法由元器件的生产厂家提供)，结合自适应智能行走算法，机器人就可以在方管和圆管内行驶。\n[0041] 由于机器人为履带式结构，为适应空间狭小的状况，机器人的转弯采取差动转向方式。\n[0042] 自适应智能行走方法实现的软件流程框图如附图5示：\n[0043] 开始工作时，将机器人放入管道内，操作人员给机器人和电脑操作平台供电，机器人上的防尘探照灯点亮。确认正常后，操作人员打开电脑内的操作软件，对电脑和机器人车体上的软件进行初始化。\n[0044] 初始化完成后，电脑中的操作程序首先工作，软件操纵相关硬件自动开启机器人上的防尘摄像头，防尘摄像头则将摄取的图像传输到操作台的电脑中并显示在操作界面上。\n[0045] 图像显示正常后，通过操作界面上的选择按钮，操作人员人工确认是方管还是圆管。若是方管，操作台电脑通过控制线向机器人车体上的运动控制卡发出指令，让红外测距仪工作，运动控制卡检查红外测距仪工作正常后，向操作台反馈红外测距仪工作正常信息；\n操作人员得到确认信息后，在操作界面上选择机器人在方管行走时是以左侧管壁还是右侧管壁相距机器人车体的距离作为行走参考基准，并由操作人员从操作界面上确定参考基准L的具体数值。若是圆管，操作台电脑通过控制线向机器人车体上的运动控制卡发出指令，让红外测距仪工作，尔后让倾斜计工作，运动控制卡检查红外测距仪和倾斜计均工作正常后，向操作台反馈红外测距仪和倾斜计工作正常信息。不管是红外测距仪还是倾斜计，其输出的信号，均通过I/O口读入运动控制卡内，读取速度为5ms/次。每个传感器的输出的数据均在运动控制卡内累加，每累加20次后分别取均值，并将均值作为标准测量结果以每隔\n100ms的速度传输给操作台电脑。\n[0046] 完成以上流程，操作人员在操作界面上设定机器人的行驶速度V设定，并按确认键将数据传输到运动控制卡中。运动控制卡中的软件根据设定的行驶速度数据进行计算，得出应当输出给两个电机的脉冲调宽的宽度，将信号传递给电机驱动器，驱动电机工作，机器人开始行走。机器人的实际行走速度是通过与电机相连的光电码盘读数确定的，电机每转过一定角度，光电码盘就输出一个脉冲，运动控制卡就记录记录该脉冲并将脉冲数累加起来，每过100ms后就将100ms内记录的脉冲数传送给操作台上的电脑。\n[0047] 机器人在方形管道中行走过程中很难保证车体始终与管道侧壁平行，也无法保证距离管道侧壁的距离始终为参考基准L；在圆管内行走时难免产生侧向倾斜。机器人在方管的行走过程中，用车体方向与方管侧壁之间的夹角α测来判断平行度，并设定ΔL为5cm，平行度的规定角度α为25°；机器人在圆管中行走时，规定侧向倾斜角的参考基准数值δ倾斜为7°。若车体在方管内α测大于25°或车体相距方管侧壁距离与参考基准数值之间的绝对差值大于|L侧距-L|大于5cm，或者车体在圆管中侧向倾斜角δ测大于7°，均视为偏离。\n[0048] 机器人在方管中时，车体相对方管侧壁平行度根据车体相距方管侧壁偏离距离值进行如下计算获得。假定机器人以沿左侧管壁为准，则：\n[0049] \n[0050] 机器人在方形管道内行走时距离管壁一侧的距离：\n[0051] L侧距＝0.5·(L左前+L左后)(2)\n[0052] 其中，α测——车体相对方管侧壁平行度；\n[0053] L左前——车体左侧前端红外测距仪测量到的车体相对方管侧壁距离；\n[0054] L左后——车体左侧后端红外测距仪测量到的车体相对方管侧壁距离；\n[0055] L红距——车体左侧前端红外测距仪与左侧后端红外测距仪之间的相距距离；\n[0056] L侧距——车体相对管壁的测量距离。\n[0057] 若机器人以右侧管壁为准，则在计算α时将公式(1)、(2)中相关参数换成右侧的参数即可。\n[0058] 机器人在管道内形式，遇到接口和转弯是经常的事情。因此机器人通过自身的传感器探测到管道的转弯和接口十分重要。管道的基本接口形式有3种，如附图3所示，其它管道接口形式可以看成是这三种基本接口形式的组合。对于本发明的行走方法而言，机器人通过判断是否偏离就可以解决附图3(a)及其组合的管道通过问题，因此本方法在软件中不将附图3(a)及其组合的转弯视为转弯接口，这也是本发明不同于任何其它技术和公开文献的重要特点之一。\n[0059] 机器人在管道内判断是否处于转弯的方法是：\n[0060] 若机器人前端任何一侧的红外测距仪当前测量得到的与管壁的距离与10s以前测到的距离相比，数值增大了10cm以上；或者机器人前端任何一侧的红外测距仪测量得到的距离突然变为无穷大(即超过了红外测距仪的最大测距范围)；均被视为机器人处于转弯接口位置。\n[0061] 若机器人使用上述方法判断认为不是转弯接口，则机器人正常行使。若机器人判断为是转弯接口，则程序进一步判断所遇转弯接口是否为岔道。\n[0062] 在机器人对于岔道的判断上，方形管道和圆形管道内判断方法并不相同。在圆形管道内，只要机器人判读为遇到转弯接口，就认为所遇转弯接口也是岔道。\n[0063] 在方形管道内，若机器人以左侧管壁为基准行走，机器人在遇到转弯接口时，如果是通过机器人右侧红外测距仪探测的数据判断为转弯接口而左侧红外测距仪探测到的数据没有突然变大，则仅将机器人视为转弯接口而不是岔道。同理，在方形管道内若机器人以右侧管壁为基准行走，机器人在遇到转弯接口时，如果是通过机器人左侧红外测距仪探测的数据判断为转弯接口而右侧红外测距仪探测到的数据没有突然变大，则机器人仍视为转弯接口而不是岔道。除此两种情况以外，机器人均认为遇到的转弯接口为岔道。\n[0064] 机器人确认遇到岔道后，机器人便暂停行走，通过信号线向操作台的电脑传递相关信息，将遇到岔道的信息显示在电脑屏幕上并向操作人员报警。操作人员通过防尘摄像头传递出的图像判断是让机器人左转、右转还是直接转为手动操作，并将指令输入给电脑。\n若操作人员确认左转，则机器人屏蔽右侧红外测距仪信号，也就是机器人车体上的运动控制卡不接收右侧红外测距仪检测到的信号；若操作人员确认右转，则机器人屏蔽左侧红外测距仪信号，也就是机器人车体上的运动控制卡不接收左侧红外测距仪检测到的信号。\n[0065] 按要求对应的红外测距仪信号被屏蔽或机器人自身确认为转弯接口而非岔道后，软件流程开始确认转弯时机器人应当使用的传感器信号类型。\n[0066] 若机器人是在圆管中行使，机器人就使用倾斜计输出的信号作为转弯算法的有效输入信号；若机器人在方管中行使，则未被屏蔽的红外测距仪输出的信号作为转弯算法的有效输入信号。\n[0067] 转弯算法的有效输入信号得到有效确认，或机器人检测时发现自身偏离后，软件中记录机器人后退次数的子程序清零。后退计数清零后，机器人就开始使用未建模自适应控制转弯算法进行转弯。\n[0068] 未建模自适应控制转弯算法是智能行走方法中最复杂的部分。具体阐述为：定义机器人左侧履带的速度VLZ，右侧履带的速度VLY，则机器人的移动速度为\n[0069] V车＝(VLZ+VLY)/2(3)\n[0070] V车——机器人的移动速度，\n[0071] VLZ——机器人左侧履带的速度，\n[0072] VLY——机器人右侧履带的速度。\n[0073] 定义机器人每100ms的差动量δC为\n[0074] δC＝-(NLZ-NYZ)/(2WCK)(4)\n[0075] δC——机器人每100ms的差动量，\n[0076] NLZ——左侧履带光电码盘在100ms内的读数，\n[0077] NYZ——右侧履带光电码盘在100ms内的度数，\n[0078] WCK——机器人两条履带中心距间的宽度。\n[0079] 在方形管道内，机器人利用红外测距仪检测到机器人车体前后两部分相对管壁的距离进行行走控制。若假定机器人行走时以左侧为准，则自适应控制行走算法为：\n[0080] δ′C＝KV车(L左前+L左后-2d)+K1δCV车(L左前+L左后)(5)\n[0081] δ′C——机器人需要的转动角，\n[0082] L左前——车体左侧前端红外测距仪测量到的车体相对方管侧壁距离，[0083] L左后——车体左侧后端红外测距仪测量到的车体相对方管侧壁距离，[0084] d——机器人在方形管道内行走时距离管壁一侧的距离预定值，\n[0085] V车——机器人的移动速度，\n[0086] δC——机器人每100ms的差动量，\n[0087] K——转弯时随车体相距管壁预定值误差的修正系数，\n[0088] K1——转弯时随车体相距管壁预定值误差变化的修正系数。\n[0089] 若行走时以右侧为准，则计算δ′C时将公式(5)中对应的距离参数更换为右侧距离参数即可。\n[0090] 在圆形管道内，机器人使用倾斜计作为传感信息，运动控制卡每5ms读取一组倾斜计输出的信息，每取20组(即100ms)后平均，以均值作为机器人车体的倾斜角度。以每\n100ms内倾斜角度的变化求取倾斜率。倾斜角分为车体前后倾斜角和侧向倾斜角。机器人自动行走时以侧向倾斜角δ倾斜为自适应控制转弯算法的参量。则在圆管道内，机器人的未建模自适应控制转弯算法为：\n[0091] \n[0092] δ′C——机器人需要的转动角，\n[0093] δ测——倾斜计侧得的机器人侧向倾斜角，\n[0094] ——机器人侧向倾斜角的变化率，\n[0095] K’——转弯时随倾斜角的修正系数，\n[0096] K1’——转弯时随倾斜角变化的修正系数，\n[0097] V车——机器人的移动速度。\n[0098] 根据公式(5)或(6)计算得到需要的转动角δ′C，换算成脉冲差均分到左右两条履带上，若δ′C大于5°，换算脉冲差时按5°计算。这种方法可以使机器人能够通过圆形管道中的附图3所示的各种转弯和接头形式。\n[0099] 机器人在转弯过程中，如果碰撞开关感应到机器人前端发生了碰撞，则机器人后退5cm，不再计算转动角δ′C，再次同方向差动5°，而后继续按设定的速度V设定向前行使。\n若20s后碰撞开关没有再感应到碰撞，则认为机器人转过了弯道或转弯接口。机器人转过转弯重新进行正常行使后，自动恢复原来被屏蔽的信号。不再计算转动角δ′C的原因是：\n遇到附图3(b)所示接头的复杂组合，计算出的δ′C均大于5°；或者遇到了更加复杂的情况，公式(5)、(6)已经无法适应。\n[0100] 使用未建模自适应控制转弯算法进行转弯的适应性毕竟有限，不能适应所有复杂环境状况。因此规定，机器人转弯时如果连续碰撞次数超过20次，机器人就停止自动转弯，并向操作人员告警，操作转为手动。